Tác động của việc chelat Ca2+ nội bào lên phản ứng ánh sáng ở tế bào cảm quang Drosophila

Zeitschrift für vergleichende Physiologie - Tập 177 - Trang 707-721 - 1995
R. C. Hardie1,2
1Departments of Zoology and Anatomy, Cambridge University, Cambridge, UK
2Department of Anatomy, Cambridge University, Cambridge, UK

Tóm tắt

Để thử nghiệm giả thuyết rằng sự kích thích ở các tế bào cảm quang Drosophila là do Ca2+ được giải phóng từ các kho dự trữ nội bào, các chất đệm Ca2+ EGTA, BAPTA và di-bromo-BAPTA (DBB) đã được đưa vào các tế bào cảm quang tách rời thông qua các pipet ghi đồng bộ toàn bộ. Tất cả các chất đệm đều được nạp trước Ca2+ để cung cấp cùng một nồng độ Ca2+ tự do (250 nM). EGTA (lên đến 18 mM chất đệm tự do) chỉ có ảnh hưởng yếu đối với phản ứng flash được kẹp điện áp trong dung dịch Ringer bình thường (1.5 mM Ca2+), và không có tác động trong dung dịch không có Ca2+. Nồng độ BAPTA lớn nhất được kiểm tra (14.4 mM BAPTA tự do) đã giảm tỷ lệ gia tăng ban đầu khoảng 5000 lần trong dung dịch Ringer bình thường; giảm khoảng 500 lần trong dung dịch không có Ca2+; và chỉ giảm khoảng 60 lần trong điều kiện không có Mg2+, chất này ưu tiên ngăn chặn một thành phần của dòng cảm quang. Mặc dù BAPTA làm chậm thời gian đạt đỉnh trong dung dịch Ringer bình thường, nhưng phản ứng trong dung dịch Ringer không có Ca2+ lại được tăng tốc. Những kết quả này ủng hộ vai trò của việc thâm nhập Ca2+ trong việc điều chỉnh độ nhạy và động học phản ứng; tuy nhiên, với các nồng độ cao cần thiết để làm giảm phản ứng trong dung dịch Ringer không có Ca2+, vai trò của việc giải phóng Ca2+ trong sự kích thích vẫn chưa rõ ràng. DBB mạnh hơn khoảng 2-3 lần so với BAPTA, và ở nồng độ > 5 mM có tác động khác biệt về chất, làm chậm đáng kể thời gian đạt đỉnh. Điều này gợi ý rằng DBB có thể có các tác dụng dược lý riêng biệt hoặc tiếp cận các khoang mà BAPTA không thể tiếp cận. Dòng điện duy nhất được kích hoạt bằng cách đưa vào 5-500 μM Ca2+ (được đệm bằng axit nitrilo-triacetic) là sự trao đổi Na+/Ca2+ điện động. Khi điều này bị chặn bằng cách loại bỏ Na+0 thì một dẫn điện cation mới được kích hoạt. Tuy nhiên, các thuộc tính của nó không giống với dẫn điện được kích hoạt bởi ánh sáng, do đó không ủng hộ giả thuyết rằng Ca2+ đủ để gây kích thích.

Từ khóa

#Drosophila #Ca2+ #photoreceptors #intracellular chelation #light response #BAPTA #DBB

Tài liệu tham khảo

Adler EM, Augustine GJ, Duffy SN, Charlton MP (1991) Alien intracellular calcium chelators attenuate neurotransmitter release at the squid giant synapse. J Neurosci 11: 1496–1507 Baumann O, Walz B (1989) Calcium and inositol polyphosphate-sensitivity of the calcium-sequestering endoplasmic reticulum in the photoreceptor cells of the honeybee drone. J Comp Physiol A 165: 627–636 Berridge MJ (1993) Inositol trisphosphate and calcium signalling. Nature 361: 315–325 Bloomquist BT, Shortridge RD, Schneuwly S, Pedrew N, Montell C, Steller H, Rubin G, Pak W (1988) Isolation of a putative phospholipase C gene of Drosophila norpA and its role in phototransduction. Cell 54: 723–733 Bolsover SR, Brown JE (1985) Calcium an intracellular messenger of light adaptation also participates in excitation of Limulus ventral photoreceptors. J Physiol (Lond) 364: 381–393 Brown JE, Rubin LJ, Ghalayini AJ, Tarver AP, Irvine RF, Berridge MJ, Anderson RE (1984) Myo-inositol polyphosphate may be a messenger for visual excitation in Limulus photoreceptors. Nature 311: 160–163 Fein A, Payne R, Corson DW, Berridge MJ, Irvine RF (1984) Photoreceptor excitation and adaptation by inositol 1,4,5-trisphosphate. Nature 311: 157–160 Frank TM, Fein A (1991) The role of the inositol phosphate cascade in visual excitation of invertebrate microvillar photoreceptors. J Gen Physiol 97: 697–723 Hardie RC (1991) Whole-cell recordings of the light induced current in dissociated Drosophila photoreceptors: Evidence for feedback by calcium permeating the light-sensitive channels. Proc R Soc Lond B 245: 203–210 Hardie RC (1995) Caged Ca2+facilitates and inactivates but does not directly excite light-sensitive channels in Drosophila photoreceptors. J Neurosci 15: 889–902 Hardie RC, Minke B (1992) The trp gene is essential for a light-activated Ca2+ channel in Drosophila photoreceptors. Neuron 8: 643–651 Hardie RC, Minke B (1993) Novel Ca2+ channels underlying transduction in Drosophila photoreceptor: implications for phosphoinositide mediated Ca2+ mobilization. Trends Neurosci 16: 371–376 Hardie RC, Minke B (1994a) Spontaneous activation of light-sensitive channels in Drosophila photoreceptors. J Gen Physiol 103: 389–407 Hardie RC, Minke B (1994b) Ca2+ dependent inactivation of lightsensitive channels in Drosophila photoreceptors. J Gen Physiol 103: 409–427 Hardie RC, Mojet MH (in press) Magnesium dependent block of the light-activated- and trp-dependent conductance in Drosophila photoreceptors J Neurophysiol (in press) Hardie RC, Peretz E, Pollock JA, Minke B (1993a) Ca2+ limits the development of the light response in Drosophila photoreceptors. Proc R Soc Lond B 252: 223–229 Hardie RC, Peretz A, Suss-Toby E, Rom-Glas A, Bishop SM, Selinger Z, Minke B. (1993b) Protein kinase C is required for light adaptation in Drosophila photoreceptors. Nature 363: 634–637 Hochstrate P (1989) Lanthanum mimcks the trp photoreceptor mutant of Drosophila in the blowfly Calliphora. J. Comp Physiol A 166: 179–188 Hochstrate P, Juse A (1991) Intracellular free calcium concentration in the blowfly retina studied by Fura-2. Cell Calcium 12: 695–712 Kao JPY, Tsien RY (1988) Ca2+ binding kinetics of fura-2 and BAPTA from temperature-jump relaxation measurements. Biophys J. 53: 635–639 Lisman JE, Brown JE (1972) The effect of intracellular ionophoretic injection of calcium and sodium ions on the light response of Limulus ventral photoreceptors. J Gen Physiol 59: 701–719 Matsumoto E, Hirosawa K, Takagawa K, Hotta Y (1988) Structure of retinular cells in a Drosophila melanogaster visual mutant, rdgA, at early stages of degeneration. Cell Tissue Res 252: 293–300 Minke B, Selinger Z (1991) Inositol lipid pathway in fly photoreceptors, excitation, calcium mobilization and retinal degeneration. In: Osborne NN, Chader GJ (eds) Progress in retinal research, vol 11. Pergamon Press, Oxford, pp 99–124 Nagy K (1991) Biophysical processes in invertebrate photoreceptors: Recent progress and a critical overview based on Limulus photoreceptors. Q Rev Biophys 24: 165–226 Nagy K (1993) Cyclic nucleotides and inositol trisphosphate activate distinct components of the receptor current in Limulus ventral photoreceptors. Neurosci Lett 152: 1–4 Nagy K, Contzen K, Stieve H (1993) Two components of the receptor current are developed from distinct elementary signals in Limulus ventral nerve photoreceptor. Eur Biophys J 22: 341–350 Payne R, Fein A (1986) The initial responses of Limulus ventral photoreceptors to bright flashes. Released calcium as a synergist to excitation. J Gen Physiol 87: 243–269 Payne R, Howard J (1981) The response of an insect photoreceptor: a simple lognormal model. Nature 290: 415–416 Payne R, Walz B, Levy S, Fein A (1988) The localization of calcium release by inositol trisphosphate in Limulus photoreceptors and its control by negative feedback. Phil Trans R Soc Lond B 320: 359–379 Payne R, Flores TM, Fein A (1990) Feedback inhibition by calcium limits the release of calcium by inositol trisphosphate in Limulus ventral photoreceptors. Neuron 4: 547–555 Peretz A, Suss-Toby E, Rom-Glas A, Arnon A, Payne R, Minke B (1994) The light response of Drosophila photoreceptors is accompanied by an increase in cellular calcium: effects of specific mutations. Neuron 12: 1257–1267 Pollock JA, Assaf A, Peretz A, Nichols CD, Mojet MH, Hardie RC, Minke B (1995) TRP a protein essential for inositide-mediated Ca2+ influx is localized adjacent to the calcium stores in Drosophila photoreceptors. J Neurosci 15: 3747–3760 Putney JW Jr (1990) Capacitative calcium entry revisited. Cell Calcium 11: 6121–624 Rack M, Xhonneux-Crevers B, Shcraermeyer U, Stieve H (1994) On the Ca2+ dependence of inositol-phospholipid specific phospholipase C of microvillar photoreceptors from Sepia officinalis. Exp Eye Res 58: 659–664 Ranganathan R, Harris GL, Stevens CF, Zuker CS (1991) A Drosophila mutant defective in extracellular calcium-dependent photoreceptor deactivation and rapid desensitization. Nature 354: 230–232 Ranganathan R, Bacskai BJ, Tsien RY, Zuker CS (1994) Cytosolic calcium transients: spatial localization and role in Drosophila photoreceptor cell function. Neuron 13: 837–848 Ranganathan R, Malicki DM, Zuker CS (1995) Signal transduction in Drosophila photoreceptors. Ann Rev Neurosci 18: 283–317 Richardson A, Taylor CW (1993) Effects of Ca2+ chelators on purified inositol 1,4,5-trisphosphate (InsP3) receptors and InsP3 stimulated Ca2+ mobilization. J Biol Chem 268: 11528–11533 Roberts WM (1994) Localization of calcium signals by a mobile calcium buffer in frog saccular hair cells. J Neurosci 14: 3246–3262 Shin J, Richard EA, Lisman JE (1993) Ca2+ is an obligatory intermediate in the excitation cascade of Limulus photoreceptors. Neuron 11: 845–855 Smith DP, Ranganathan R, Hardy RW, Marx J, Tsuchida T, Zuker CS (1991) Photoreceptor deactivation and retinal degeneration mediated by a photoreceptor-specific protein kinase C. Science 254: 1478–1484 Smith PD, Liesegang GW, Berger RL, Czerlinski G, Podolsky RJ (1984) A stopped-flow investigation of calcium ion binding by ethylene glycol bis (β-aminoethyl ether)-N,N,-tetracetic acid. Anal Biochem 143: 188–195 Stieve H, Benner S (1992) The light-induced rise in cytosolic calcium starts later than the receptor current of the Limulus ventral photoreceptor. Vision Res 32: 403–416 Thomas MV (1982) Techniques in calcium research. Academic Press, London Tsien RY (1980) New Calcium indicators in buffers with high selectivity against magnesium and protons: design, synthesis, and properties of prototype structures. Biochem 19: 2396–2404 Ukhanov KY, Flores TM, Hsiao HS, Mohaptra P, Pitts CH, Payne R (1995) Measurements of cytosolic Ca2+ concentration in Limulus ventral photoreceptors using fluorescent dyes. J Gen Physiol 105: 95–116 Walz B (1982) Calcium-sequestering smooth endoplasmic reticulum in retinula cells of the blowfly. J Ultrastruct Res 81: 240–248. Walz B (1992) Enhancement of sensitivity in photoreceptors of the honey bee drone by light and by Ca2+. J Comp Physiol A 170: 605–613.